预应力锚杆支护技术与工程应用.docx

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预应力锚杆支护技术与工程应用

题目：

预应力锚杆支护技术与工程应用

中文摘要

通过两年多专升本理论知识的进一步学习和平常工程实践中的总结，本文介绍了锚杆的技术发展、应用、锚固机理以及分类和特点，着重对预应力锚杆支护技术和工程应用做了较全面的分析与阐述，包括不同条件下岩土的稳定分析、设计、施工、监测、工程实例等方面，以助于在生产中理论联系实际，从实际出发，为实际生产提供一定的借鉴和帮助。

关键词：

锚杆支护预应力锚固稳定应用

中文摘要………………………………………………………………………………1

目录……………………………………………………………………………………2

第1章锚固工程概述………………………………………………………………3

1.1锚杆支护的发展………………………………………………………………3

1.2锚杆支护的应用………………………………………………………………3

1.3锚杆的锚固机理及特点………………………………………………………4

1.4锚杆的基本类型及其特点……………………………………………………5

1.5新型锚杆应用…………………………………………………………………6

第2章预应力锚杆支护的应用与研究……………………………………………8

2.1预应力锚杆的结构及锚固机理………………………………………………8

2.2边坡稳定锚固分析及计算……………………………………………………9

2.3地下工程锚固分析及计算……………………………………………………11

2.4锚杆的初始张拉锁定荷载分析………………………………………………15

2.5影响锚固预应力的因素………………………………………………………16

第3章预应力锚杆设计……………………………………………………………18

3.1锚杆设计基本内容……………………………………………………………18

3.2材料及质量要求………………………………………………………………19

3.3预应力锚杆结构设计…………………………………………………………19

3.4锚杆腐蚀与防腐设计…………………………………………………………21

3.5施工图及说明文件编制………………………………………………………23

第4章预应力锚杆支护施工技术…………………………………………………24

4.1施工技术………………………………………………………………………24

4.2预应力锚杆施工步骤及工艺…………………………………………………24

4.3质量控制及检测………………………………………………………………26

4.4安全措施………………………………………………………………………27

4.5预应力锚杆的现场试验及监测………………………………………………27

第5章预应力锚杆支护工程实例…………………………………………………30

5.1工程概况………………………………………………………………………30

5.2边坡稳定分析及计算…………………………………………………………30

5.3加固方案………………………………………………………………………31

5.4施工大样图及说明……………………………………………………………31

5.5工程施工与检测………………………………………………………………31

第6章结语…………………………………………………………………………35

参考文献………………………………………………………………………………36

第1章锚固工程概述

1.1锚杆支护的发展

岩土锚固是通过埋设在岩体中的受拉杆件，改善岩土体的力学特性和应力状态，以提高岩土体的稳定性。

锚固技术在工程中的应用已经有一百多年的历史。

1872年英国北威尔士露天页岩矿采用钢筋加固边坡岩层，是世界上最早的使用锚杆的记载；1890年北威尔士的煤矿采用钢筋加固岩层；1911年美国Aberschlesin的Friedens煤矿开始使用锚杆支护顶板；1934年在阿尔及利亚切而伐斯坝加高工程中，首先采用10000KN的预应力锚杆加固坝体；20世纪50年代后国际上越来越来多的工程应用了预应力锚固技术，其技术水平得到了飞速的发展。

我国的岩土锚杆支护技术始于20世纪50年代煤炭系统的支护矿山巷道；1964年安徽梅山水库坝基加固中首次成功的使用了大吨位预应力锚杆；70年代起，该项技术在我国的国防、水利水电、矿上等领域逐步开始推广；20世纪80年代以来，随着人们对锚杆技术研究的深入和对锚固技术认识的逐步提高，以及相应技术的发展，促进了锚杆在基本建设中的大量应用；如今，随做锚固技术的不断发展和工程建设的需要，还出现了像屈服锚杆、可回收锚杆、自进式锚杆等一大批新型锚杆技术。

1.2锚杆支护的应用

锚杆支护是一种岩土体的支护方式，能主动地加固岩土体，有效地控制其变形，防止坍塌的发生，即：

锚杆将拉力传递到稳定的岩土层或土体，以提高岩土体的稳定性。

目前国内外广泛采用的锚固技术加固临时和永久性建筑物结构，主要用途有：

（1）深基础和地下结构工程支护，主要用在深基坑支挡、高层建筑地下室或坑洼式结构物抗浮、地下结构工程支护与加固，如地下停车场、地下铁道、地下街、地下工业厂房等。

（2）边坡加固工程，主要有边坡加固、斜坡挡土、锚固挡墙、滑坡防治。

（3）结构抗倾覆应用，如防止高塔倾倒、防止高架桥倾倒、防止坝体倾倒、防止挡土墙倾覆。

（4）在加压装置中的应用，如桩的静载荷试验装置、沉箱下沉加重。

（5）隧洞及井巷工程支护，主要是防止隧道坍塌、控制隧道或竖井的围岩变形。

（6）道桥基础加固，如防止桥墩基础滑动、悬臂桥锚固、吊桥桥墩锚固、大跨度拱形结构物稳固。

（7）其他工程方面的应用，如对结构物补强与加固、对大坝下游冲击和排洪隧道洞冲击区实施锚固保护等。

1.3锚杆的锚固机理及特点

从上述锚杆支护用途上分析，锚杆支护的锚固机理实际可以归结为三种基本形式，即：

阻止岩土体的剪切破坏、控制地下结构物围岩变形和防止塌落、加固基坑边墙和抵抗倾倒。

（1）阻止岩土体的剪切破坏机理

在边坡工程中，当潜在滑体沿剪切面的下滑力超过抗滑力时，就会出现沿剪切面的滑移和破坏。

对岩体边坡，剪切面多发生在断层、节理、裂隙等软弱结构面上；对土层边坡，砂质土的滑移面多位平面状，黏性土的滑移面多位圆弧状。

采用锚杆加固边坡，一方面锚杆预应力能直接作用于潜在滑面上，提高滑面的法向力和提供部分剪切抗滑里；另一方面提高边坡岩体的整体性，阻止局部关键块体滑坍而引起的连锁反映。

其锚固作用主要表现在：

抑制边坡岩体的变形、提高边坡开挖过程中的抗震能力、提高滑动面的抗剪能力、改善岩体质量。

（2）控制地下结构物围岩变形和防止塌落机理

地下结构物开挖时形成新的临空面，即破坏了岩体的原始平衡状态，围岩则会发生变形、松动，出现围岩破坏及向洞内塌落。

采用锚杆锚固技术则是加固岩体，发挥围岩的自承作用，以使围岩在开挖卸载后不失去原有的强度，提高岩体的整体性，防止块体的松动变形而提高岩体的强度，杆体受拉对加固区内岩体产生压缩效应有效改善岩体的应力状态，从而提高围岩的稳定性。

一方面，允许围岩有一定的位移，而产生受力环区；另一方面，限制围岩位移的程度以避免围岩变形过大而产生严重松弛卸载。

其锚杆加固围岩作用主要表现在：

悬吊作用、组合梁作用、挤压加固作用、围岩强度强化作用。

（3）加固基坑边墙和抵抗倾倒机理

对于边墙结构物抵抗倾倒的稳定性取决于作用于其转动上边的正（M+）、负（M-）弯矩值，对稳定有利的负（M-）弯矩完全取决于结构物的重力和该重力中心至基底转动力的距离，当结构物的稳定性不足的时候，则可增加结构的体积，也就是增大结构物的自重解决。

采用锚固系统则可以取得增加结构物体积的效果，以此加固边墙，防止墙体的倾覆或滑动破坏。

锚固力的优越性是荷载集中，锚固作用位置可位于距转动边的最大距离处，即可以通过较小的力产生所需的抗倾倒弯矩。

1.4锚杆的基本类型及其特点

由于有不同的地质条件、不同岩土性质和不同工况条件的不同工程结构，锚杆类型也各种各样，按不同的划分方法，大致分为以下种类。

（1）按锚杆的传力方式划分

1）拉力型锚杆：

锚杆受力时，锚固段注浆体处于受拉状态的锚杆。

内锚固段是采用纯水泥浆或水泥砂浆将锚杆固结在岩土体中的稳定部位。

2）压力型锚杆：

采用无黏结预应力锚杆并通过改变锚固段结构形式的办法，使内锚固段由受拉状态变为受压状态，用内锚固段的压缩传递张拉力。

3）荷载分散型锚杆：

在一个锚杆孔中，由几个单元锚杆组成的复合锚固体系，可以将锚杆力分散作用于锚杆总锚固段的不同部位上。

（2）按有无黏结材料划分

1）有黏结预应力锚杆：

锚杆锁定后张拉段与被锚固介质无相对滑动的预应力锚杆。

2）无黏结预应力锚杆：

锚杆张拉锁定后张拉段与被锚固介质之间能相对移动的预应力锚杆。

（3）按锚固形式划分

1）全长黏结式锚杆：

整个锚杆孔全部填充黏结材料的锚杆。

2）端头锚固型锚杆：

采用黏结材料或机械装置将锚杆里端锚固的锚杆。

3）摩擦型锚杆：

依靠杆体与锚杆孔孔壁间的摩擦力起锚固作用的锚杆。

（4）按锚杆的工作时间划分

1）永久性预应力锚杆：

是指用于永久性工程中且使用年限为2年以上的预应力锚杆。

2）临时性预应力锚杆：

在临时性工作中布置的和在永久性工程中布置的使用年限为2年以内的预应力锚杆。

（5）按是否存在预应力划分

1）非预应力锚杆：

以普通螺纹钢材为杆体在锚杆全孔充填水泥砂浆、快硬水泥砂浆或水泥卷的锚杆。

2）预应力锚杆：

由锚头预应力筋锚固体组成，利用预应力筋自由段（张拉段）的弹性伸长对锚杆施加预应力，以提供所需的主动支护拉力的锚杆。

（6）按锚杆的加固目的划分

1）系统锚杆：

为使围岩整体稳定在地下建筑物周边上，按一定格式布置的锚杆群。

2）随机锚杆：

为加固岩体开挖面上在开挖过程中所揭露的结构面组合形成的块体，而采用的锚杆，也称为局部锚杆。

（7）按锚杆加固的岩土材料划分

1）岩石锚杆：

用于加固岩石材料的锚杆。

2）土层锚杆：

用于加固土体的锚杆。

1.5新型锚杆应用

随着锚固技术的发展和工程建设的需要，相继出现一些适用于特殊工程条件的新型锚杆。

（1）屈服锚杆

当被加固结构受到爆炸、地震等强烈的冲击荷载作用时，仍能保持在一定承载力的情况下产生较大的变形而不致破坏的锚杆称为屈服锚杆。

屈服锚杆通过设置在锚固段或外锚头的屈服装置来实现锚杆的抗破坏性能，这种锚杆适用于允许被加固结构产生一定程度变形的工程。

比如国防地下工程在受到强烈爆炸冲击而产生瞬时超载时，使用普通锚杆就不能承受这种强烈冲击荷载，而使用屈服锚杆的结果可能会使洞室的断面积部分减小但不会坍塌。

（2）精轧螺纹钢锚杆

采用强度很高的精轧螺纹钢作为杆体材料的锚杆，根据使用需要可用特定的接头接长锚杆。

精轧螺纹钢锚杆强度高，可按需接长，即广泛用于制作大吨位长锚杆。

（3）可拆卸式锚杆

可拆卸式锚杆是指在达到锚杆的设计使用期后可拆除的锚杆，一般为无黏结的压力型或荷载分散型锚杆。

可拆卸式锚杆使用经过特殊加工过的张拉材料、注浆材料和承载体。

按其结构可分为三类。

1）机械式可回收锚杆：

将锚杆体与机械的连接器连接起来，在回收时施加与紧固方向相反的力矩，使锚杆体与机械的连接器脱离后拉出。

2）力学式可回收锚杆：

通过使用特殊工艺处理的钢丝作为锚杆体，使钢丝与注浆体隔离，回收时对每一根钢丝进行张拉，直到钢丝被一根根抽出。

3）化学式可回收锚杆：

是先在锚杆的锚固段安装发热装置或爆破装置，在回收时使用点火装置把锚杆从锚固段与自由段处切断，然后将其回收。

（4）自进式锚杆

自进式系列锚杆具有造孔功能，是将造孔、注浆与锚固结合为一体的锚杆，具有高效、可靠、施工方便等特点，适用于风化岩、碎石层、回